淺談建筑結構設計中的裂縫原因及解決對策

盧澤

（中信建筑設計研究總院有限公司 湖北武漢 430014）

引言

現代建筑多是采用混凝土結構，裂縫的存在無法完全避免，如何對裂縫進行有效控制和處理是工程技術人員需要深入研究的課題。裂縫的存在會對建筑結構的穩定性和安全性產生威脅，也會影響到建筑工程的質量，而想要對裂縫問題進行解決，必須了解其類型和成因，針對裂縫的性質，采取切實可行的應對策略。

1 建筑結構設計中裂縫的類型

建筑結構設計中，比較常見的裂縫類型有幾種：①沉降收縮裂縫，主要是由于地基土質不均、含水量大或者回填不實等因素引發的不均勻沉降導致，也可能是模板本身剛度不足，支撐間距設置不合理，尤其是在冬季，如果模板支撐在凍土層，當溫度上升時，凍土解凍就會產生不均勻沉降，這就可能會引發混凝土結構開裂問題；②塑性收縮裂縫，是指在混凝土凝結前，表面失水過快引發結構體積的急劇收縮，在收縮應力超過混凝土抵抗強度時，就會導致結構表面開裂。一般情況下，塑性收縮裂縫多出現在大風或者干熱天氣；③溫度應力裂縫，通常出現在大體積混凝土或者溫差變化較大的區域，主要是因為混凝土產生的水化熱積聚在結構內部無法及時散發，導致內部溫度急劇上升，結構表面則散熱較快，過于強烈的內外溫差導致混凝土結構內外膨脹收縮程度不同，由此產生的拉應力如果超出了混凝土本身的抗拉強度極限值，就會導致混凝土結構裂縫的產生。

2 建筑結構設計中的裂縫原因分析

2.1 溫度應力的影響

在建筑工程之中，溫度應力則是影響建筑工程結構出現裂縫的關鍵因素，但是引發溫度應力出現變化的原因，主要集中在建筑工程的約束應力與自生應力之上。建筑結構內外溫度之間的差異，會導致建筑結構物出現自生應力，經常性的會發生在部分尺寸相對較大的構件之上。在早晚溫差過大或混凝土表面受熱不均，那么建筑物的自生應力就會逐步的引發裂縫的出現。另外在實際設計方案中，既沒有設計相應的保護措施，也沒有注明預防溫度裂縫的內容，只是按照施工人員自身的實踐經驗控制溫度裂縫。

2.2 貫穿裂縫的影響

貫穿裂縫的出現主要是因為混凝土發生大范圍的形變，再將水泥和水混合在一起會出現大量的熱，但是在塑性的階段之中，由于溫度的慢慢變高，所以彈性模量相應的就會變小，但是變形而引發的應力相對較小，因此可以直接忽略不計，但是，在混凝土溫度降低的過程之中，混凝土會出現形變，水分蒸發會導致混凝土體積出現收縮而發生形變。建筑結構由于受到地基和空間因素的限制，從而導致應力的出現，但是大于自身可以承受力度的情況之下，就會出現貫穿裂縫。

2.3 鋼筋腐蝕的影響

對于鋼筋而言，其是保障整個建筑工程項目結構穩定的重要材料，表面會有一層混凝土的保護層。由于混凝土保護層的質量和相應的標準不一致，那么鋼筋就會和氯化物以及二氧化碳產生反應。另外針對建筑結構設計中，需要分配結構材料的使用，材料屬于結構設計的基礎部分，容易影響建筑結構的基礎穩定性。例如：建筑結構中的鋼筋材料，如果設計不合格、不規范就會引起碳化銹蝕的問題，鋼筋碳化直接影響周圍的密實環境，破壞了混凝土的完整性，混凝土開裂后暴露了內部的鋼筋，促使工程裂縫處于惡性環境中，嚴重時可能引起安全事故。

3 建筑結構設計中出現裂縫的解決對策

3.1 使用有效的溫度裂縫控制

首先要對混凝土結構進行合理選擇，根據工程實際情況及相關標準要求，確定工藝形式，做好細節控制。在此基礎上，需要全面考慮各方面影響因素，提前采取有效的應對措施。首先對結構裂縫影響較大的溫度裂縫問題，在結構規劃布局過程中，設計人員應遵循簡單實用的原則，避免出現較多的不規則結構，包括結構凹凸變化等。如果存在不規則結構，在溫度的影響下，更容易出現裂縫。同時應合理設計混凝土結構每部分的尺寸，在保證滿足設計規范要求的基礎上，盡可能減小溫度伸縮和建筑結構長度的差距，使材料變形控制在一定范圍內，避免因溫差引起的拉應力導致材料變形過大，產生結構裂縫。

3.2 控制施工材料的質量

水泥品種的選擇是防止混凝土裂縫的關鍵。因此，應盡量選擇水化熱低、干縮性小、抗裂性好的水泥作為原材料，如粉煤灰水泥等。同時，也要挑選品質較好的骨料，即選用潔凈、級配良好的砂石骨料；嚴格控制活性骨料和骨料的含泥量；盡量使用中砂或粗砂，不宜使用細砂等。所以設計師可以對照建筑工程結構設計方案，提前審核匹配的材料，及時發現不符合性能標準的材料，聯系廠家進行調換，確保工程材料與結構設計相符，通過控制材料設計保護材料的質量，排除材料對建筑結構的裂縫干擾，處理結構設計中的裂縫問題。

3.3 確保結構尺寸設計的科學合理性

以往在工程實踐活動中，出現結構裂縫問題的主要原因是前期的結構設計不合理。設計人員沒有按照要求，到施工現場進行考察，對使用的材料也不夠了解，單方面的按照相關標準規范要求進行設計。在這種情況下，建筑結構尺寸與現場實際限制條件不符，一方面容易影響施工的正常進行，另一方面也容易因盲目施工而引發結構質量問題。因此，在工程結構設計活動中，需要盡可能詳細的采集現場數據，到實地進行考察和測量，合理建立建筑結構標準剛度體系，根據實際情況設計各部分的尺寸。

3.4 規范結構受力設計

建筑結構設計中，應該加強受力平衡的控制。建筑結構受力設計中，應以建筑整體為原則，維護結構受力的規范性。建筑設計師應熟悉掌握結構的基本受力原理，保持受力分析與受力圖的一致性，明確建筑結構的內外效應。建筑結構受力設計中，需要注重強度、剛度及穩定性，例如：某20層辦公樓結構設計中，設計師提高了構件抵抗力學破壞和抵御變形的能力，通過構件消除受力不足造成的結構裂縫，促使構件在外力干擾的作用下，保持原有平衡的狀態，由此即可規范建筑結構的受力平衡，預防受力不平衡引起的深度裂縫。

3.5 優化混凝土設計

建筑工程結構設計中，將混凝土設計作為一項重點，全面優化混凝土的結構設計。以某建筑工程混凝土結構為例，分析優化設計的途徑：①該工程混凝土的抗拉、抗剪等指標滿足規范要求，著重設計易出現裂縫的部位，該工程加強了構件的配筋，用于提升鋼筋混凝土的抗拉強度，降低了混凝土開裂的幾率；②該工程結合地基勘察結果，進行優化設計，消除地基沉降引起的附加應力，通過加設鋼筋防止開裂，同時優化鋼筋的數量和分布，確保混凝土結構的整體性；③該工程細化了混凝土澆筑設計，目的是防止水化熱引起熱脹冷縮，完善混凝土結構。混凝土在建筑結構設計中起到決定性的作用，也是裂縫多發部分，所以建筑結構設計中必須強化混凝土設計，保障建筑工程結構設計的可靠性。

4 結束語

綜上所述，建筑結構設計對其使用安全有直接影響，建筑結構的裂縫是嚴重影響建筑質量與安全性能的主要問題之一，技術人員在實踐中應給予其高度重視，重視建筑工程的設計環節，不斷提升設計的可行性與科學性。